使用Rhapsody軟件框架和UML的實時系統(tǒng)開發(fā)

摘要：UML已成為復(fù)雜系統(tǒng)建模的工業(yè)標(biāo)準，并可借助代碼自動生成工具實現(xiàn)從分析到編碼的開發(fā)過程自動化。而實時系統(tǒng)的行為特征可以很好地用UML的狀態(tài)機表示，從而成為自動代碼生成、測試、分析和校驗的最佳選擇。Ilogix公司的Rhapsody是一個基于UML支持模型驅(qū)動開發(fā)的CASE工具，它使用一套為實時系統(tǒng)量身打造的軟件框架實現(xiàn)實時系統(tǒng)軟件的開發(fā)自動化。

引言

面向?qū)ο蟮能浖�設(shè)計方法推崇抽象、可重用且易維護的設(shè)計模式。其中，一個普遍采用的做法是使用預(yù)定義的框架構(gòu)建復(fù)雜的軟件系統(tǒng)。在面向?qū)ο箢I(lǐng)域中，框架是指為某一具體應(yīng)用領(lǐng)域提供解決方案的類集。程序員使用繼承、聚合等技術(shù)定制框架并將其用于具體的應(yīng)用程序設(shè)計�；�于框架的軟件開發(fā)具有如下優(yōu)點：

*由于重用了框架提供的代碼，目標(biāo)系統(tǒng)不必從頭寫起；

*規(guī)范的框架結(jié)構(gòu)能夠指導(dǎo)目標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計；

*框架的設(shè)計是開放的，因此可以通過子類化等技術(shù)定制和擴展。

本文介紹Rhapsody的實時代碼生成策略。Ilogix公司提供的Rhapsody是一個基于UML支持實時嵌入式系統(tǒng)全過程面向?qū)ο箝_發(fā)的CASE工具。Rhapsody基于一個內(nèi)置的實時系統(tǒng)軟件框架—OXF生成C/C 代碼。

1 Rhapsody的軟件框架

Rhapsody的OXF框架專為實時嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計，它由一系列UML類組成。這些類相互協(xié)作，組成了一個結(jié)構(gòu)嚴整、跨實時操作系統(tǒng)平臺的實時嵌入式軟件架構(gòu)。

（1）活動類

活動對象（Active Object）在UML中被定義為“擁有一個線程并能夠發(fā)起控制活動的對象”。Rhapsody給這個一般定義賦予了具體含義，如圖1所示。

活動類（Active Classes）在框架中以O(shè)XFActive表示，它擁有一個執(zhí)行線程和一個事件隊列，并提供事件調(diào)度功能。用戶活動類從OXFActive繼承。

該活動類包裝了實時系統(tǒng)中的事件調(diào)度器。Execute方法是一個無限循環(huán)。在循環(huán)中，事件被不斷地從隊列中提取出來，發(fā)往對應(yīng)的目標(biāo)對象。QueueEvent和schedTimeout方法向隊列注入新的事件。

（2）響應(yīng)類

響應(yīng)類（Reactive Classes）是能夠?qū)κ录�做出反�?yīng)的框架類，即事件消費者。它在Rhapsody的框架中以O(shè)XFReactive表示，用戶響應(yīng)類從OXFReactive繼承，如圖2所示。

圖2 響應(yīng)類及相關(guān)框架元素

每個響應(yīng)類都和一個事件管理器關(guān)聯(lián)（通過調(diào)用setEventManager方法），事件管理器由活動類充當(dāng)。一個事件管理器可以服務(wù)于多個響應(yīng)類。響應(yīng)類的gen方法向其事件管理器注入一個新的事件（通過調(diào)用活動類的queueEvent方法）。事件管理器在收到事件之后會調(diào)用相應(yīng)的響應(yīng)對象（由事件的屬性指出）的takeEvent方法。

用戶響應(yīng)類有主動（active）、被動（passive）和從屬（subordinate）響應(yīng)類之分：

*主動用戶響應(yīng)類利用了多重繼承技術(shù)，它集事件管理器和響應(yīng)類雙得功能于一身；

*被動用戶響應(yīng)類由框架的缺省事件管理器—OXFDefaultEventManager管理，且所有被動用戶響應(yīng)類都共享該缺省事件管理器；

*從屬用戶響應(yīng)類由用戶定義的活動類充當(dāng)事件管理器。從屬響應(yīng)類以聚合方式存在于用戶活動類內(nèi)，或者獨立于活動類，而通過調(diào)用setEventManager方法與一個用戶活動關(guān)聯(lián)。

（3）事件和操作

類可以定義自己的事件和操作（Events and Operations）方法。事件代表一種突發(fā)的激勵信號，可以影響對象的行為及狀態(tài)。在Rhapsody中，活動類負責(zé)事件調(diào)度。事件既可以異步（活動類將事件投遞給目標(biāo)對象之后立即返回，目標(biāo)對象使用自己的線程完成對事件的響應(yīng)），也可以是同步的（活動類投遞事件之后必須等待目標(biāo)對象處理完成才能返回）。操作代表類本身提供的服務(wù)和功能。操作調(diào)用總是同步的，即操作總是運行在調(diào)用者線程之內(nèi)。Rhapsody的框架定義了兩種事件：

①信號事件。

信號事件（Signal Events）是最常用的事件，它代表對象之間傳遞的一種異步激勵信號。在Rhapsody的框架中，它以O(shè)XFEvent表示，所有的用戶事件類都從OXFEvent繼承。

信號事件有自己的參數(shù)（以其屬性表示），并且和一個響應(yīng)對象關(guān)聯(lián)。事件管理器依據(jù)事件的響應(yīng)對象判斷事件的接收者。

②定時事件

定時事件（Timeout Events）在Rhapsody中以O(shè)XFTimeOut表示。它在OXF框架中的位置如圖3所示。

事件管理器（活動對象）的schedTimeout方法負責(zé)定時事件的構(gòu)造和調(diào)度。其執(zhí)行過程如圖4所示。

圖3 定時事件及相關(guān)框架元素

事件管理器創(chuàng)建一個OXFTimeout對象并將其交由一個定時管理器管理。定時管理器可以管理多個定時事件，它運行于自己的獨立線程內(nèi)且聚合了一個定時器對象。定時器對象每衛(wèi)固定的時間片會向定時管理器發(fā)通知信號，這時定時管理器檢查它管理的定時事件集合中是否有定時事件到時，并將到時的定時事件添加到事件管理器（活動對象）的事件隊列中（通過調(diào)用queueEvent），之后事件管理器再將這些定時事件投遞給對應(yīng)的響應(yīng)對象。定時事件本身是被動的，它不包含定時器。

（4）狀態(tài)機

Rhapsody支持UML狀態(tài)機（State Machines），包括層次狀態(tài)分解、帶參事件、定時事件、偽狀態(tài)、完成轉(zhuǎn)移、入口和出口動作等功能。Rhapsody也包含了UML中定義的異步事件處理模型：帶有狀態(tài)圖的類都是響應(yīng)類，因此都與一個事件管理器（活動類）關(guān)聯(lián)。事件管理器使用一個隊列緩沖收到的事件，然后將事件投遞給響應(yīng)對象。響應(yīng)對象按

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